Os biofísicos projetaram um novo sistema de transporte semelhante a uma célula que representa um marco importante no caminho para as células artificiais.
Criar células artificiais com características semelhantes à vida a partir de um conjunto mínimo de componentes é um dos principais objetivos da biologia sintética. O movimento autônomo é uma capacidade fundamental aqui e difícil de reproduzir no tubo de ensaio. Uma equipe liderada pelo físico Erwin Frey, professor de física estatística e biológica da LMU, e Petra Schwille, do Instituto Max Planck de Bioquímica, fez um importante avanço nessa área, como relatam os pesquisadores na revista. física da natureza.
Os cientistas conseguiram manter as vesículas envoltas por uma membrana lipídica – os chamados lipossomas – em constante movimento sobre uma membrana de suporte. Esse movimento é impulsionado pela interação da membrana da vesícula com certos padrões de proteínas, que por sua vez requerem o “combustível” bioquímico ATP. Esses padrões são gerados por um conhecido sistema de formação de padrões biológicos: o sistema de proteínas Min, que controla a divisão celular no E. coli bactéria. Experimentos no laboratório de Schwille mostraram que as proteínas Min de ligação à membrana no sistema artificial se organizam assimetricamente em torno das vesículas e interagem com elas de modo a colocá-las em movimento. No processo, as proteínas se ligam tanto à membrana de suporte quanto às próprias vesículas. “O transporte direcionado de grandes vesículas de membrana só é encontrado em células superiores, onde proteínas motoras complexas realizam essa tarefa. Descobrir que pequenas proteínas bacterianas são capazes de algo semelhante foi uma completa surpresa”, observa Schwille. “Atualmente não está claro não apenas o que exatamente as moléculas de proteína fazem na superfície da membrana, mas também para que finalidade as bactérias podem precisar de tal função”.
Dois mecanismos possíveis
Com a ajuda de análises teóricas, a equipe de Frey identificou dois mecanismos diferentes que poderiam estar por trás do movimento: “Um mecanismo possível é que as proteínas na membrana de suporte interagem com as da superfície da vesícula como um zíper e formam ou dissolvem compostos moleculares em desta forma”, explica Frey. “Se há mais proteínas de um lado do que do outro, o zíper se abre ali, enquanto ele se fecha do outro lado. Assim, a vesícula se move na direção em que há menos proteínas.” O segundo mecanismo possível é que as proteínas ligadas à membrana deformam a membrana da vesícula e alteram sua curvatura. Essa mudança na forma causa o movimento para frente.
“Ambos os mecanismos são possíveis em princípio”, enfatiza Frey. “O que sabemos com certeza, no entanto, é que os padrões de proteína na membrana de suporte e na vesícula causam o movimento. Isso representa um grande passo no caminho para as células artificiais.” Os autores estão convencidos de que seu sistema pode servir como plataforma de modelagem no futuro para o desenvolvimento de sistemas artificiais com movimentos realistas.